冲压件回弹预测和补偿的解析解法研究

论文摘要

回弹是板材冷冲压成形过程中不可避免的物理现象,也是难以控制的板材成形主要缺陷。回弹问题的存在严重影响着产品的成形质量和尺寸精度,特别是近年来由于高强度钢板和铝合金板材的大量使用,回弹问题更为突出。因此,如何找到准确的回弹预测模型及高效的回弹补偿控制方法,是目前板材冲压成形领域迫切需要解决的难题。本文采用理论分析、有限元数值模拟、计算机辅助检测（CAT）技术和试验相结合的方法,分别对任意复杂二维变曲率截面和简单三维方形板材进行研究,提出了能有效预测及控制冲压件回弹的具体方法,对提高冲压件的产品成形质量和生产效率有着重要意义。本文首先概述了板材冲压回弹预测及控制问题的研究背景及意义,在参考国内外文献的基础上,阐述了回弹预测分析和控制方法的研究进展。其次,简单介绍高强度板的物理特性及强韧化机制,对板材冲压回弹进行了理论分析,分别研究了成形过程和回弹过程应力分布,总结了回弹的影响因素。然后,在研究回弹数值模拟关键技术基础上,利用有限元分析软件ABAQUS进行回弹数值模拟,介绍观察截面线应力应变历史数据等后处理方法,为实际冲压回弹实验及理论解析解法提供参考和帮助。接着,根据弹塑性弯曲理论,提出了一种基于曲率的弯曲回弹补偿解析解法。该方法采用曲率作为回弹前后型面关系依据,将板料的形状变化与回弹的本质直接联系起来,同时综合考虑了实际冲压过程中各方面因素的影响,采用了综合补偿系数来表征实际冲压实验的测量结果与理论模型的差别,结合有限元模拟及实验结果可以看出,该方法适用于任何二维变曲率形状零件的自由回弹问题,在工业应用方面可以为模面补偿设计提供自动计算方法。最后,针对方形高强板在双向等曲率模具中的冲压回弹问题进行了有限元模拟、理论预测及实验研究。在基于塑性膜理论和能量法的回弹预测算法中增加考虑了弯曲效应对回弹的影响,并采用K-H本构模型描述高强板的应力应变曲线,建立了方形高强板在双向等曲率模具中的冲压回弹预测模型,同时进行了高强度板在双向等曲率模具中成形的有限元模拟和实验研究,探讨了其回弹规律,并验证了该预测模型的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 板材冲压回弹预测分析和控制研究现状
• 1.2.1 回弹预测分析方法研究进展
• 1.2.2 回弹控制方法研究进展
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 高强度板材冲压回弹理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 高强度钢板
• 2.2.1 高强度钢板的优点及其意义
• 2.2.2 高强度钢板的强韧化机制
• 2.3 板材弯曲回弹理论分析
• 2.3.1 弯曲回弹机理
• 2.3.2 板材成形过程应力分析
• 2.3.3 板材回弹过程应力分析
• 2.3.4 回弹的影响因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 板材冲压回弹的有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 板材冲压回弹数值模拟基本理论
• 3.2.1 有限元法的基本原理
• 3.2.2 ABAQUS有限元软件平台简介
• 3.3 板材冲压回弹数值模拟关键技术
• 3.3.1 有限元模型的建立
• 3.3.2 有限元求解算法分析
• 3.3.3 板材冲压回弹模拟计算方法
• 3.4 回弹数值模拟实例
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于曲率的二维弯曲回弹补偿计算方法
• 4.1 引言
• 4.2 矩形截面薄板的纯弯曲和回弹
• 4.2.1 本构关系的选择
• 4.2.2 弯曲回弹比
• 4.2.3 弯曲回弹补偿曲率
• 4.3 复杂件冲压回弹补偿型面求解
• 4.3.1 任意复杂曲线的离散
• 4.3.2 微分方程的求解
• 4.4 实例验证
• 4.4.1 实验条件
• 4.4.2 实验流程
• 4.4.3 实验结果及对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于能量法的方形板材冲压回弹预测方法
• 5.1 引言
• 5.2 能量法预测回弹的理论计算模型
• 5.2.1 能量法求解应变
• 5.2.2 回弹预测
• 5.3 实例研究
• 5.3.1 实验条件
• 5.3.2 计算与实验结果比较
• 5.3.3 实验结论
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件